壟斷市場：氫氣生產(chǎn)接近氫氣需求地

如今，專屬解決方案包括將天然氣通過碳捕集轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的低碳?xì)�，由天然氣管道供�?yīng)；以及通過水電解生產(chǎn)的可再生氫，通過電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)容量的限制，這些站點(diǎn)的電解槽容量被限制在最大幾百兆瓦。

在不久的將來，交通燃料領(lǐng)域的氫市場將會出現(xiàn)。在加氫站，可以就地電解水生產(chǎn)氫氣。可再生電力可以由電網(wǎng)提供，也可以由太陽能或風(fēng)力渦輪機(jī)在當(dāng)?shù)厣�產(chǎn)。電解槽容量高達(dá)10兆瓦，可以生產(chǎn)足夠的氫供應(yīng)這樣一個氫燃料補(bǔ)給站。此外，氫可以通過卡車或管道以氣態(tài)形式提供給這些換料站，也可以通過特殊的低溫卡車以液態(tài)形式提供給這些換料站。未來10年，氫燃料加氣站的電解槽市場規(guī)模將擴(kuò)大至1－10兆瓦。

為化學(xué)工業(yè)、精煉廠和鋼鐵生產(chǎn)生產(chǎn)部分可再生氫的電解槽市場，需要10－ 20兆瓦的容量，并將在未來10年增長。

在不久的將來，這些用于工業(yè)和交通的氫氣市場可能仍然是壟斷市場，氫氣將在使用氫氣的地方就地生產(chǎn)。電解槽與電網(wǎng)相連，產(chǎn)生（近）基載氫。然而，在許多情況下，電網(wǎng)的容量限制和電網(wǎng)費(fèi)用將成為低成本制氫的重要瓶頸。

氫市場：能源資源地的制氫

為了讓化工和鋼鐵行業(yè)完全脫碳，需要具備數(shù)GW的電解槽容量，但由于電網(wǎng)容量不足，這些電解槽無法安裝在這些工廠附近。此外，其他市場也需要?dú)�，如流動性、高溫和低溫加熱以及電力平衡等，這些都需要從氫生產(chǎn)中心供應(yīng)。因此，GW電解槽市場將會有一個不同的市場結(jié)構(gòu)。GW電解槽將安裝在大型風(fēng)力、太陽能、水力和／或地?zé)岚l(fā)電生產(chǎn)基地附近。氫氣將被輸送到一個氣網(wǎng)，最好是100％氫氣網(wǎng)，這個氣網(wǎng)將把氫氣輸送到各種各樣的消費(fèi)者那里：工業(yè)、交通、房屋、建筑物和平衡發(fā)電廠。因?yàn)檫@些電解槽連接到可再生電力生產(chǎn)，而不是電網(wǎng)，電解槽將不會產(chǎn)生基本負(fù)載。因此，這樣的制氫工廠是不連接電網(wǎng)的，因此負(fù)荷系數(shù)取決于太陽能和／或風(fēng)力發(fā)電場的可再生電力生產(chǎn)。

氫市場設(shè)計(jì)

GW電解槽市場需要一個歐洲氫氣市場設(shè)計(jì)，在那里，法規(guī)的制定需要一個靈活的過程，并適合于目標(biāo)，這為天然氣基礎(chǔ)設(shè)施公司、輸電系統(tǒng)運(yùn)營商（TSOs）和配電系統(tǒng)運(yùn)營商（DSOs）（早期）市場創(chuàng)造提供了可能性。盡管如此，在市場發(fā)展的早期階段，作為一項(xiàng)不受管制的活動，一個能夠支持任何參與者將電力轉(zhuǎn)到天然氣投資的框架應(yīng)該成為氫政策框架的一部分。

大量的低碳和可再生的氫在資源點(diǎn)或附近產(chǎn)生，將被輸入一個氫網(wǎng)格。天然氣基礎(chǔ)設(shè)施公司，TSOs和DSOs，將創(chuàng)建一個開放獲取的基礎(chǔ)設(shè)施，以連接氫生產(chǎn)商和客戶。此外，還需要開發(fā)氫儲存設(shè)施，并將其與氫基礎(chǔ)設(shè)施連接起來，保證在不受可再生電力（季節(jié)性）變化影響的情況下，隨時向客戶供應(yīng)氫。一個跨國界的能源認(rèn)證體系需要確�？稍偕�的低碳氫能源市場的完整性。在這樣一個跨國界的有組織的能源市場中，GW級電解槽將能夠?yàn)樾屡d的氫市場生產(chǎn)和交易經(jīng)過認(rèn)證的氫。

電力、氫系統(tǒng)和市場之間的緊密互動將成為關(guān)鍵。一旦氫管道基礎(chǔ)設(shè)施到位，10－100兆瓦的電解槽也可以安裝在中小型可再生電力生產(chǎn)基地附近。如果將太陽能或風(fēng)力發(fā)電場與電網(wǎng)連接的電網(wǎng)容量不足，部分太陽能或風(fēng)力發(fā)電可以轉(zhuǎn)化為氫氣并網(wǎng)發(fā)電。這種電氫并網(wǎng)的混合方式，可以緩解電網(wǎng)的容量約束，在電力需求低于生產(chǎn)的時刻吸收電力。歐洲電力和天然氣TSOs協(xié)會ENTSO－E和ENTSO－G最近進(jìn)行的一項(xiàng)研究表明，到2050年，需要向電解槽提供300到800 TWh的電力，以穩(wěn)定電力系統(tǒng)（Collins， 2020）。

歐洲市場設(shè)計(jì)的氫與其他地區(qū)市場相互聯(lián)系，可以從天然氣和電力市場設(shè)計(jì)中了解，但需要將適當(dāng)?shù)撵`活性機(jī)制使市場參與者開關(guān)將電能轉(zhuǎn)換為氫，不同的角色有生產(chǎn)商，基礎(chǔ)設(shè)施公司，TSOs和DSOs，獨(dú)立的監(jiān)管機(jī)構(gòu)，國家與其他地區(qū)之間的跨境市場機(jī)制，以及電網(wǎng)接入、定價、清算、天然氣質(zhì)量、安全等方面的明確規(guī)則。

2030年歐盟40GW電解槽容量路線圖

表1描繪了歐盟到2030年達(dá)到40GW電解槽容量的發(fā)展路線圖。到2030年，這40GW的氫氣總產(chǎn)量將達(dá)到440萬噸，100萬噸的專屬電解槽容量將達(dá)到6GW，340萬噸的市場電解槽容量將達(dá)到34GW。根據(jù)歐洲氫路線圖（FCH JU， 2019）， 440萬噸氫氣（173 TWh）占?xì)W盟總氫氣需求（665 TWh）的25％。這將確保歐洲在新興的全球氫經(jīng)濟(jì)中的領(lǐng)先地位，這對于成為并保持這一新興技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者至關(guān)重要。

到2030年，歐盟的電解槽產(chǎn)能將達(dá)到40GW，這一路線圖既顯示出60GW的專屬產(chǎn)能，也顯示出34GW的氫氣市場。到2030年，這40GW的電解槽將生產(chǎn)440萬噸或173千瓦時的氫，占?xì)W盟氫市場總量的25％。

表1． 2030年歐盟40GW電解槽產(chǎn)能發(fā)展路線圖顯示了壟斷市場（6GW＝ 6000MW）和氫氣市場（34GW＝ 34000MW）。

2030年北非和烏克蘭的40GW電解槽容量路線圖

北非有非常有利的太陽能和風(fēng)能資源，而烏克蘭有良好的風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能資源。這兩個國家都有大規(guī)模生產(chǎn)可再生能源的空間，也有潛力生產(chǎn)必要的可再生能源供自己使用，并成為可再生能源的大規(guī)模凈出口國。北非和烏克蘭都是歐盟的鄰近地區(qū)，這使得通過管道向歐盟輸送氫氣成為可能，也有利于向歐盟輸送氫氣。因?yàn)橛霉艿肋\(yùn)輸氫氣比用輪船或電纜運(yùn)輸更便宜，這就有了一個競爭優(yōu)勢。

在北非和烏克蘭，氫氣生產(chǎn)將接近大規(guī)模的可再生電力生產(chǎn)基地。在北非和烏克蘭，綠氫的一個有吸引力而可行的用途是用于氨／化肥的生產(chǎn)。例如，摩洛哥沒有化石資源，目前每年進(jìn)口100萬噸氨，花費(fèi)超過4億美元（Trendeconomy，2018）。我們估計(jì)，到2030年，電解槽的裝機(jī)容量可以達(dá)到7．5GW，接近氨／化肥的生產(chǎn)。利用這一裝機(jī)容量，在北非，埃及、阿爾及利亞和摩洛哥可生產(chǎn)約300萬噸“綠色氨”。在烏克蘭，預(yù)計(jì)可生產(chǎn)100萬噸“綠色氨”。

40GW的另一部分，大約32．5GW的電解槽容量將用于大規(guī)模的氫氣生產(chǎn)，最終輸送到出口氫氣管道。根據(jù)歐洲氫路線圖（FCH JU， 2019），到2030年，大約有300萬噸（118 TWh）的氫可以出口到歐盟，占?xì)W盟2030年氫總需求的17％。在北非和烏克蘭40 GW電解槽容量開發(fā)路線圖如表2．中所示。

通過與歐盟和北非／烏克蘭合作開發(fā)這種電解槽能力，歐洲電解槽行業(yè)可以開發(fā)一個重要的市場，這對于成為并保持這種新興技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者至關(guān)重要。

到2030年，北非和烏克蘭的電解槽產(chǎn)能將達(dá)到40GW，其中包括7．5GW的國內(nèi)市場和32．5GW的出口市場。國內(nèi)市場主要以合成氨生產(chǎn)為主，出口市場主要通過管道向歐盟出口，2030年約300萬噸或118TWH氫氣，占?xì)W盟2030年氫氣市場總量的17％。

表2 2030年北非和烏克蘭的40GW電解槽容量路線圖顯示國內(nèi)市場的發(fā)展（7．5GW）和出口市場的發(fā)展（32．5GW）

可再生氫的成本更具競爭力

堿性電解槽槽被認(rèn)為是一種成熟的技術(shù)，目前用于生產(chǎn)氯。PEM和SOEC電解槽正在經(jīng)歷一個陡峭的學(xué)習(xí)曲線。堿性電解槽、PEM電解槽和SOEC電解槽可用于水電解制氫。這些電解槽技術(shù)由電解槽單元組成，這些電解槽單元組合在一起構(gòu)成一個電堆。要構(gòu)建GW規(guī)模的電解槽，需要將多個電堆并行放置。這些電解槽技術(shù)有望在未來十年中取得顯著的技術(shù)進(jìn)步。其中，更高的效率、更少的老化、更高的可用性、更大的電池尺寸、更高的操作壓力、更少的關(guān)鍵材料使用以及整體材料使用的減少，將降低電解槽的制氫成本。

然而，隨著這些技術(shù)的進(jìn)步，尤其是裝機(jī)容量和工廠規(guī)模的擴(kuò)大，電解槽的成本將會降低。電解槽廠的技術(shù)結(jié)構(gòu)與太陽能發(fā)電廠類似。電解槽和太陽能電站都是通過生產(chǎn)電池、將大量電池組裝到太陽能模塊／電解槽堆中，并安裝大量模塊／堆來實(shí)現(xiàn)所需的電站容量來建造的。雖然不同，類似太陽能發(fā)電廠的成本降低過程可以預(yù)見電解槽廠的情況。電解槽、電池組件、電池和電堆的自動化生產(chǎn)將降低成本，GW規(guī)模電解槽工廠的建造會減少工廠每千瓦成本。工廠成本費(fèi)用的降低包括壓縮機(jī)、氣體凈化，去除礦物質(zhì)水生產(chǎn)、變壓器和安裝成本。大量的電解槽市場容量以及實(shí)現(xiàn)GW規(guī)模的電解槽，是顯著降低成本的關(guān)鍵因素（IEA， 2019）（氫化理事會，2020）。

電解槽廠的成本固然重要，但制氫成本的主導(dǎo)因素是電價，決定了制氫成本的60－80％。因此，盡可能降低可再生電力的成本是非常重要的。同時，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的可再生能源發(fā)電－制氫一體化也是降低成本的重要途徑。整合可再生電氫生產(chǎn)可以減少成本，由于技術(shù)整合， 如 避免AC－DC和DC－AC轉(zhuǎn)換成本和損失，并由于業(yè)務(wù)整合， 如集成項(xiàng)目發(fā)展，建設(shè)，也減少交易成本、許可成本，電網(wǎng)成本和稅收。

總而言之，技術(shù)發(fā)展、容量、GW規(guī)模、低可再生電力生產(chǎn)成本以及一體化的可再生電制氫，將使電解槽生產(chǎn)的可再生氫在2025年左右與低碳?xì)湫纬筛偁�。使用CCS（碳捕獲與封存）的SMR（蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化）或ATR（自動熱轉(zhuǎn)化）天然氣生產(chǎn)的低碳?xì)湓跉W洲的成本為每公斤1．5－2．0歐元（氫化委員會，2020年）。

到2025年，可再生氫將與低碳?xì)洌?．5－2．0歐元／公斤）或灰氫競爭，每噸二氧化碳的價格為50歐元（氫化委員會，2020年）。（從天然氣中生產(chǎn)氫氣時，每噸二氧化碳價格上漲10歐元，氫氣價格就會上漲約0．1歐元／公斤。）

到2030年，可再生氫燃料有望與灰氫燃料形成競爭，價格為每公斤1．0－1．5歐元。

在北非，太陽能和風(fēng)能發(fā)電的成本很可能比歐洲低，因?yàn)槟抢镉懈�好的太陽能和風(fēng)能資源，而且土地成本更低。因此，制氫成本將低于歐洲。但是來自北非的氫氣必須通過管道或船運(yùn)到歐洲。大規(guī)模的長距離氫氣管道運(yùn)輸將使每公斤氫氣增加約0．2歐元。海運(yùn)比管道運(yùn)輸貴。

然而，從北非進(jìn)口氫肯定會與歐洲的氫生產(chǎn)競爭。

如果能在2030年之前在歐盟、北非和烏克蘭建立一個2x40GW的電解槽市場，電解槽行業(yè)將致力于電解設(shè)備的資本支出、運(yùn)營成本和效率發(fā)展，如表3所示。資本支出和電力成本在一個范圍內(nèi)。低資本支出和電力成本將在“離網(wǎng)”數(shù)GW的太陽能和風(fēng)能氫能工廠實(shí)現(xiàn)，這些工廠位于良好的可再生能源基地。高資本支出和電力成本將被用于太陽能／風(fēng)能發(fā)電廠和電網(wǎng)相連的多兆瓦規(guī)模電解槽上，該電解槽位于氫需求附近。雖然資本支出和運(yùn)營成本的降低是重要的，但電力成本的降低是最重要的。（當(dāng)電解效率達(dá)到80％時，每減少10／MWh的電力成本HHV（較高的熱值），轉(zhuǎn)化為氫成本降低0．5／kg）

需要運(yùn)輸?shù)臍涞臓顟B(tài)是30 bar壓力，99．99％純度

HHV＝高熱值

表3綠色制氫成本開發(fā)

氫的價格是每公斤1歐元

7／GJ H2

0．025／kWh H2

0，09／m3 H2

0．24歐元／立方米天然氣當(dāng)量

綠色制氫成本開發(fā)

在良好的風(fēng)能和太陽能集成電制氫基地，GW規(guī)模的電解槽可以生產(chǎn)可再生的氫，其成本可與低碳?xì)洌?025年1．5－2．0歐元／公斤）和灰氫（2030年1．0－1．5歐元／公斤）相媲美。

2x40GW的綠氫氣生產(chǎn)的影響

可再生氫的生產(chǎn)不會排放二氧化碳等溫室氣體，而且在工業(yè)和重型運(yùn)輸?shù)入y以減少的行業(yè)，可將實(shí)現(xiàn)能源使用的脫碳。

最重要的是，到2030年實(shí)現(xiàn)2x40GW的電解槽產(chǎn)能，可以在歐洲打造世界領(lǐng)先的電解槽產(chǎn)業(yè)。這一工業(yè)不僅將促進(jìn)歐盟的經(jīng)濟(jì)增長和就業(yè)，而且還將促進(jìn)北非和烏克蘭的經(jīng)濟(jì)增長和就業(yè)。在北非創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)增長和就業(yè)機(jī)會可能有助于減少移民。

減少二氧化碳排放

太陽能和風(fēng)能產(chǎn)生的氫氣不會增加大氣中的二氧化碳排放。假設(shè)用綠氫氣代替由甲烷蒸氣重整生成的灰氫氣。根據(jù)CertifHy對氫的認(rèn)證，灰氫的平均溫室氣體排放因子（CO2當(dāng)量排放）為10．9 kg／kg H2 （CertifHy， 2019）。

總氫氣產(chǎn)量為2x40GW，H2估計(jì)為930萬噸。因此，避免的二氧化碳排放總量為9000萬噸二氧化碳。然而，在北非和烏克蘭生產(chǎn)的部分氫氣是自用的，并不出口到歐盟。歐盟綠色制氫和從北非和烏克蘭進(jìn)口的二氧化碳排放量約為8200萬噸。

2x40GW綠氫氣生產(chǎn)的總二氧化碳排放量為每年9000萬噸。通過在歐洲制氫和從北非和烏克拉導(dǎo)入綠氫氣，歐盟每年減少8200萬噸 CO2排放。

投資2x40GW電解槽產(chǎn)能

根據(jù)歐洲和北非／烏克蘭電解槽產(chǎn)能發(fā)展路線圖和表3所示的電解槽資本支出，可以計(jì)算電解槽投資總額。對于接近氫需求的圈養(yǎng)制氫和分散制氫，使用較高的資本支出數(shù)字來計(jì)算這些電解槽投資。對于多GW的太陽能和風(fēng)能綜合制氫工廠，較低的資本支出數(shù)據(jù)用于計(jì)算這些電解槽投資。2×40GW電解槽產(chǎn)能的總投資預(yù)計(jì)在250億到300億歐元之間。根據(jù)路線圖，超過85％的電解槽產(chǎn)能將在2025－2030年期間實(shí)現(xiàn)，這就解釋了相對較低的總投資成本。

這些電解槽的投資成本，不包括太陽能和風(fēng)力發(fā)電場的投資。此外，在基礎(chǔ)設(shè)施、管道、壓縮機(jī)、鹽穴儲存和必要的氫應(yīng)用設(shè)備方面的投資費(fèi)用不包括在這個數(shù)字中。特別是在必要的和額外的太陽能和風(fēng)能容量大約100－150GW的投資成本將大大超過電解槽容量的投資成本。根據(jù)太陽能、陸上風(fēng)能和海上風(fēng)能的份額，總投資成本大概在1000億到3000億歐元之間。

2x40GW電解槽的總投資在250億到300億歐元之間

創(chuàng)造工作

電解槽的生產(chǎn)和維護(hù)可以創(chuàng)造工作崗位，一項(xiàng)研究估計(jì)FCH JU（燃料電池氫聯(lián)合企業(yè)）電解槽生產(chǎn)每百萬歐元價值（FCH居，2019年9月）大約產(chǎn)生5．5等效全職工作（直接和間接就業(yè)）。這是整個電解槽供應(yīng)鏈中所創(chuàng)造的工作崗位。如果我們假設(shè)2x40GW電解槽的全部產(chǎn)能將在歐盟生產(chǎn)和維護(hù)，那么到2030年，歐盟將創(chuàng)造14萬至17萬個全職工作崗位。通過發(fā)展一個強(qiáng)大和有競爭力的歐洲電解槽行業(yè)，到2030年將創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會，但在2030年后將創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會。此外，實(shí)現(xiàn)可再生能源的互聯(lián)互通將創(chuàng)造大量的就業(yè)機(jī)會。

到2030年，2x40GW電解槽的制造和維護(hù)工作崗位在14萬至17萬之間

 我們提供什么，我們需要什么

我們，氫工業(yè)，致力于發(fā)展一個強(qiáng)大的和世界領(lǐng)先的電解槽工業(yè)和供應(yīng)鏈，并承諾到2030年在歐洲、北非和烏克蘭實(shí)現(xiàn)2x40GW的電解槽產(chǎn)能。但我們需要?dú)W盟及其成員國設(shè)計(jì)、創(chuàng)造和促進(jìn)氫市場、基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)濟(jì)。

2030年綠氫計(jì)劃2x40GW

我們能提供什么

▲電解槽成本顯著下降

▲可再生氫的競爭力在2025年與低碳?xì)�，�?030年與灰氫相比有競爭力

▲在歐洲擁有GW規(guī)模的電解槽和部件生產(chǎn)設(shè)施

▲具備投資條件和資金來源的技術(shù)和項(xiàng)目

▲投資2X40GW電解槽產(chǎn)能

▲增加與氫相關(guān)的研究和創(chuàng)新的行業(yè)預(yù)算

▲更多的綠色工作

▲實(shí)現(xiàn)大規(guī)�？稍偕�電力更快、更便宜的融合

▲通過進(jìn)口廉價的可再生氫，一個有競爭力的可持續(xù)能源系統(tǒng)可以更快更便宜地實(shí)現(xiàn)。

▲世界領(lǐng)先和有競爭力的電解槽和可再生氫工業(yè)

我們需要什么

▲氫氣市場設(shè)計(jì)，靈活和綜合的市場監(jiān)管。

▲執(zhí)行歐盟能源政策、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)

▲通過改造部分天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)氫氣基礎(chǔ)設(shè)施

▲開放使用公共氫氣基礎(chǔ)設(shè)施

▲金融部門、銀行、養(yǎng)老基金、歐洲投資銀行、投資基金、歐盟基金（IPCEI基礎(chǔ)設(shè)施基金等）支持

▲大型儲氫設(shè)施

▲大量的氫研發(fā)和創(chuàng)新預(yù)算

▲刺激氫氣市場的計(jì)劃，例如脫碳?xì)怏w的清潔氫氣配額

▲歐盟可再生電力－氫生產(chǎn)的招標(biāo)

▲需要設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)歐盟與北非之間在政治、社會和經(jīng)濟(jì)層面上新的、獨(dú)特的、持久的相互合作。

歐盟面臨著發(fā)展綠氫經(jīng)濟(jì)的獨(dú)特機(jī)遇，這將有助于經(jīng)濟(jì)增長、就業(yè)以及可持續(xù)、可負(fù)擔(dān)和公平的能源體系。基于這一地位，歐盟可以確保其電解槽和綠氫生產(chǎn)的世界市場領(lǐng)導(dǎo)者的地位。

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